基于matlabGUI的平面四杆机构的运动分析

基于matlabGUI的平面四杆机构的运动分析一、目的通过matlab对平面四杆机构进行运动仿真，并以GUI界面方式实现输入输出的参数化，对平面四杆机构进行位置分析、速度分析、加速度分析和静力学分析。此外，通过动画演示，更加形象直观地观察机构的运动过程。最后，将程序编译成.exe独立可执行文件，可以在其它没有安装matlab的机器上运行。二、设计思路通过matlab的GUI功能模块，创建一个图形用户界面，在自动生成的代码框架中对初始化函数和回调函数等进行编辑，建立与控件相关联的程序：控件属性、位置分析、速度分析、加速度分析、静力学分析、动画演示等。图1是平面四杆机构的示意图，输入角q的运动规律为q=pi/50*t^2+q0，r1、r2是从动角。对t时刻沿着杆长距离原点A的任意一点进行分析。注意：输入输出角的单位为度，时间t的取值范围为0：0.05：10，任意点lx的取值范围为0～a1+a2+a3，估算的从动角r1、r2的迭代初始值不能偏离平衡位置太大。r1qxylx1ly1lx2ly2lx3ly3r2ABCDa1a2a3a4VH图1、平面四杆机构示意图三、设计流程1、通过GUI模块创建图形用户界面命令方式：在Matlab命令窗口键入guide；菜单方式：在Matlab的主窗口中，选择FileNewGUI命令，就会显示GUI的设计模板。如图1所示。图2、创建图形界面2、设计图形界面在创建之后的图形界面中插入坐标轴axes，静态文本框statictext，编辑文本框edittext，按钮pushbutton等等。如图所示。图3、图形界面设计3、编辑回调函数1）位置分析：输入角的函数为：q=pi/50*t^2+q0。在时间t=0~10s内，每一个时间点估算两个初始从动角，根据牛顿-拉普森迭代得到准确的机构位置。10s刚好主动角经历了360度，记录每一时刻的位置，便可以动画演示。2）速度分析：输入角速度为：dq=pi/25*t。选择杆件上的任意一点（坐标表示为质点沿着杆件到原点A的距离）做分析，正确表达出角速度系数和速度系数，便可以求出质点的速度。3）加速度分析：输入角加速度为：ddq=pi/25。正确表达出向心系数和角加速度系数，便可以求出质点的加速度。4）静力学分析：由虚功原理可知，当广义力Q(V,H)=0(或近似为零)时机构达到平衡，记录该平衡条件下的位置数据。四、结果演示1、机构杆长条件判断1）不符合杆长条件。如图4所示。图4、不符合杆长条件2）符合杆长条件，输出参数。如图5所示。图5、符合杆长条件2、机构运动动画演示。图6、机构动画演示五、生成.exe文件1、安装编译器。可有多种选择，本机安装的是matlab自带的Lcc-win32；2、设置编译器。在matlab命令行输入mbuild–setup，选择安装的lcc编译器；3、调用编译器。输入mcc–msgjg，这里sgjg为要转成exe的m文件；4、安装Matlabpath\toolbox\compiler\deploy\win32目录下的MCRInstaller。MCR是matlab的运行环境，在程序打包时，最好将相应版本的MCR一起打包。在其它机器上运行exe文件前，首先安装matlab的运行环境MCRInstaller.exe。六、附录（程序）functionvarargout=sgjg(varargin)%Begininitializationcode-DONOTEDITgui_Singleton=1;gui_State=struct('gui_Name',mfilename,...'gui_Singleton',gui_Singleton,...'gui_OpeningFcn',@sgjg_OpeningFcn,...'gui_OutputFcn',@sgjg_OutputFcn,...'gui_LayoutFcn',[],...'gui_Callback',[]);ifnargin&&ischar(varargin{1})gui_State.gui_Callback=str2func(varargin{1});endifnargout[varargout{1:nargout}]=gui_mainfcn(gui_State,varargin{:});elsegui_mainfcn(gui_State,varargin{:});end%Endinitializationcode-DONOTEDIT%---Executesjustbeforesgjgismadevisible.functionsgjg_OpeningFcn(hObject,eventdata,handles,varargin)%Choosedefaultcommandlineoutputforsgjghandles.output=hObject;handles.gx=[];handles.gy=[];axis(handles.motion);imshow('tt.bmp');%机构示意图%Updatehandlesstructureguidata(hObject,handles);%---Outputsfromthisfunctionarereturnedtothecommandline.functionvarargout=sgjg_OutputFcn(hObject,eventdata,handles)%Getdefaultcommandlineoutputfromhandlesstructurevarargout{1}=handles.output;functiona1_Callback(hObject,eventdata,handles)functiona1_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctiona2_Callback(hObject,eventdata,handles)functiona2_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctiona3_Callback(hObject,eventdata,handles)functiona3_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctiona4_Callback(hObject,eventdata,handles)functiona4_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionq0_Callback(hObject,eventdata,handles)functionq0_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionftol_Callback(hObject,eventdata,handles)functionftol_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionr1_Callback(hObject,eventdata,handles)functionr1_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionr2_Callback(hObject,eventdata,handles)functionr2_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctiont_Callback(hObject,eventdata,handles)functiont_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionlx_Callback(hObject,eventdata,handles)functionlx_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionlx2_Callback(hObject,eventdata,handles)functionlx2_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'BackgroundColor','white');endfunctionlx3_Callback(hObject,eventdata,handles)functionlx3_CreateFcn(hObject,eventdata,handles)ifispc&&isequal(get(hObject,'BackgroundColor'),get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))set(hObject,'Backgrou